CN109507661B - 雷达和通信一体化信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种雷达和通信一体化信号处理方法，利用本发明可以显著降低载荷的体积、重量、功耗，提升载荷的效费比，同时实现信息通信和雷达目标探测。本发明通过下述技术方案予以实现：基于直接扩频体制，将雷达和通信一体化直接扩频的发射数据帧进行功能分段，雷达通信一体化系统按所述的发射数据帧结构、发射信号表达式和目标回波信号表达式，确定通信接收端接收一体化发射信号的处理流程和一体化信号发射端接收目标回波信号的处理流程，通信接收端在接收信号对应的各个分段内，获取发射平台传输的消息；一体化信号发射端按确定的接收目标回波信号处理流程，测定出回波信号与本发射平台发射信号间的延迟，确定目标的距离，完成雷达目标探测。

Description

雷达和通信一体化信号处理方法

技术领域

本发明属于雷达和无线通信技术领域，涉及基于直接扩频实现雷达目标探测和信息通信的一体化信号处理方法。

背景技术

随着电子技术、通信技术以及信息处理技术的高速发展，呈现出射频数字化、功能软件化、平台容器化、多功能一体化等技术特征，推动了电子系统所含的通信、导航、雷达等功能进入深度综合化阶段。使得传统的单一功能电子装备面临日益增多的电磁环境和目标威胁。信息技术和集成电路技术纵深发展，配备的电子设备越来越多，电子设备的增加不仅会带来能源的大量消耗和占据更多的空间问题，也会增加系统的成本和重量，并且会带来电磁兼容等一系列问题。作为信息获取、处理、传输和交换的典型方式，雷达和通信虽然在硬件设备和软件架构上有明显不同的区别，但从它们的工作原理、系统结构、工作频段等方面来看，两者又具有许多相似之处。如，雷达系统和通信系统在原理上都是电磁波的收/发过程；在系统的结构上表现为两者子系统有相当大的重叠。例如:天线、发射机、接收机、信号处理器等；在频率范围上，在以前只属于雷达范畴的频率上已有通信信号存在，而原来属于通信范畴的VHF频段上，也有远程雷达的应用；发射的雷达信号具有调制的通信信号，这种情况下，“雷达发射机”发射的信号既具有探测目标功能又同时具有通信功能。在信号特征上也越来越相似(如低功率连续波信号)，而目前使用的频率复用技术也在现代雷达和通信信号中都用到。另外，频分复用技术的使用也使雷达信号和通信信号更加相似。虽然雷达与通信系统两者之间有很多的相似之处，但雷达系统和通信系统之间仍然存在非常显著的差异。由于雷达和通信用途不同，其工作方式、功能实现和信号特征等许多方面存在显著差异，要把不同设备有机结合起来，目前需要解决的关键技术还非常多。存在显著差异主要表现在如下几个方面：工作方式，雷达系统为发射和接收分时工作，这就决定了雷达系统只能采取半双工通信方式，这会给通信资源和传输速率之间带来矛盾，而且给雷达系统本身工作方式的设计带来困难，因此雷达系统和通信系统工作的不同时一体化设计中面临的最大问题。功能，从功能上来讲，雷达与通信差异较大，主要有以下几方面：①雷达主要功能是确定目标的属性(空间位置、速度、类型等)，往往选择窄波束天线(强方向性天线)，而通信的主要功能是通过电磁波实现信息的传输，而不关心接受者位置，一般采用全向天线完成。②雷达主要考虑的是在发射有限的功率下，如何更快的发现更远的目标，并且迅速获取目标的各种属性；而通信主要考虑的是在有限的信道内如何传输更多的数据，并保证数据能够被准确接收、解码以及通信的保密性、安全性。③雷达接收机主要接收的是目标相对于雷达发射信号的二次散射信号，而对于被动雷达接收机则是接收由目标天线发射的一次散射信号；对于通信接收机而言，全部接收发射天线所发射的一次散射信号，只是接收机和发射机一般不是同一台设备，这和双基地雷达相似。④雷达信号处理的主要任务检测目标的有无，它处理结果是提高检测前的信噪比，而不关心波形是否失真；而通信信号处理主要是为了获取信号的调制方式及其所携带的信息，它需要关心波形的失真情况。通信信号的传输信噪比一般比雷达强的多。电磁波段，雷达的工作频率一般与无线通信使用的电磁波频率不同，一般情况下，雷达频率要比无线电通信频率高。为了使二者不存在相互干扰，国际电信联盟对二者使用的频段进行了严格的规定和管理。信号功率，由于雷达和通信的功能不同，其发射功率的强度时不一样的。一般而言，雷达辐射功率要比通信信号功率大的多，一般会在千瓦以上，并且其变化范围很大，可以从瓦到兆瓦；而通信信号的功率相对较弱，手机通信信号的功率一般都是毫瓦级的，而需要较大功率的电台信号也只是瓦级，最大不会超过百瓦级。信号波形，从信号波形来看，雷达信号和通信信号也有很大的区别。对雷达信号而言，它可以发射连续波和脉冲调制波形两种信号形式，其中脉冲调制波是雷达信号最为常见的信号形式，信号由时间上间断脉冲信号组成，其持续时间在几十纳秒到几百微秒之间。连续波发射的是在时间上连续的波形，脉冲调制波收发可采用同一天线，而对连续波而言，收发要采用独立的收天线和发天线；而对于通信信号而言，一般采用的是连续波信号，由于其收发不属于同一平台，所以可以不用考虑天线问题，而个别的采用间断连续信号，如猝发信号。信号带宽，一般而言，雷达信号带宽要比通信信号带宽大的多。雷达信号一般为MHz级，压缩雷达的带宽一般在几十MHz之间，而频率捷变雷达信号的带宽则能达到几MHz～1GHz，而通信信号的瞬时带宽是比较窄，传统的通信信号的带宽一般在KHz级的，如常规V/UHF通信电台信号的带宽为50kHz-12.5kHz，而短波电台信号的带宽则更窄，对于较新的通信系统的带宽则要较宽一些，但是也在MHz之内。如扩频通信信号的带宽一般为几MHz，而对于3G通信系统的信号来说，其最大带宽可达到20MHz。而信号带宽对接收机灵敏度设计非常重要，带宽越大，灵敏度就越难提高，因而，雷达的灵敏度要低于通信信号的灵敏度。调制方式，由于调制目的不同，雷达信号和通信信号的调制方式也有很大的不同。雷达信号的调制目的主要是为了提高雷达抗干扰能力以获取更高的距离分辨率和速度分辨率，其调制方式主要有脉冲串调制、线性调频调制、非线性调频调制、频率编码调制、伪随机码调相调制、巴克码、多相码调制等调制方式；而通信信号的调制目的主要是在有限的资源中，传输更多的信息以及更好的抗干扰能力，其调制方式可分为模拟调制和数字调制两大类，模拟调制又分为模拟调幅、模拟调频、模拟调相，如AM、DSB、SSB、FM、PM等，数字调制可分为数字调幅、数字调频、数字调相，按调制符号个数可分为二进制调制和多进制调制。解决上述问题的一个有效途径,就是实现雷达与通信设备的一体化。雷达和通信系统的原理相同,均包括电磁波的发射和接收过程。两者的子系统也有如天线、发射机、接收机、信号处理器等部分设备重复。因此,实现雷达与通信一体化的优点有:a)可最大限度地利用雷达设备,并使雷达的优良性能能为通信所用。如,利用雷达的大发射功率和接收机的高灵敏度,可大大增加通信距离；同时雷达天线的强方向性可为通信的保密性提供强有力的保证,增强通信的抗干扰能力。b)实现雷达和通信系统的自动化、网络化。一体化后,系统借助计算机形成雷达计算机通信网,可避免人工误差,使雷达搜索到的目标信息能通过计算机实现数据录取、处理、传递的自动化和网络化。c)通过共用雷达系统中的某些子系统,可使雷达兼具通信功能,从而降低通信网络的复杂性,提高设备的利用率。因此对雷达系统和通信系统进行有机结合和资源共享，将雷达和通信实现多功能一体化设计，不仅可极大地提高系统的工作能力，以及克服传统的情报传递速度慢、保密性差和误报率高等方面的不足，而且还可以显著降低载荷的体积、重量、功耗，提升载荷的效费比。雷达与通信一体化主要功能是主动探测、目标定位和目标引导。雷达信号处理需要面对各种应用需求和复杂的雷达工作环境,除了需要目标信号,在接收信号中还会有地面、气象环境、海面等散射的杂波信息,热噪声和各种干扰信号。雷达和通信设备都有各自的天线。多个天线共处一个平台,不但占据了较大的空间,而且彼此间影响严重,增加了单元布局的难度。而雷达和通信一体化系统可采用多个波束共用一个射频口径的方式(即共用孔径)完成目标跟踪。有利于提高雷达目标的跟踪性能。要实现对目标的跟踪，首先要完成对目标的检测，跟踪是在满足了检测目标的条件下进行的。但是在强噪声、杂波干扰背景下，远距离弱小目标由于接收到的回波信号幅度比较低、占有的分辨单元较少，经过相参积累以后，目标的信噪比仍然很低，在进行恒虚警检测时，检测概率会急剧降低，目标很难被检测出来，则极有可能造成目标跟踪的丢失。而如果降低恒虚警的检测门限，则又会使虚警概率升高，造成虚警目标增多，这样在降低系统的检测效率的同时，也会影响目标的跟踪效率，因而检测结果的好坏将直接影响到目标的跟踪性能。同样，目标跟踪处理也可以进一步完善对目标的检测处理。因为可以利用跟踪来去除虚假目标，通过跟踪获得目标的动态特征来改善目标的检测能力。另外也可以对跟踪处理中的弱小目标进行航迹外推，预测出目标在下一方位扫描周期内可能出现的位置区域，将这些先验信息发送给检测模块，通知在检测时对这一区域的雷达回波信号进行更细致的目标检测处理，因此跟踪结果的好坏也会影响到目标的检测性能。因而从本质上看，检测与跟踪是一个可以相互融合和交互的过程。目标检测处理可以为跟踪处理提供目标信息；目标跟踪处理又能为检测模块提供目标先验信息，使其更好实现目标检测，在改善检测性能同时又能提高目标跟踪的精度。良好的目标检测是提高目标跟踪性能的基础，而目标跟踪又能改善目标的检测能力。所以，检测与跟踪是相互密切联系的。

航空电子由于雷达和通信系统在硬件结构、工作原理上具有诸多相似之处，国内外专家学者对其波形的一体化设计展开了深入的研究。雷达和通信一体化波形的设计主要集中在三种体制，包含分波束、分时和同时体制。相比其他两种体制，同时体制具备同时兼顾探测和通信功能，并且雷达探测不存在探测盲区等优势。同时体制的一体化波形研究可以归纳为基于雷达波形和基于通信波形两种。基于雷达波形指的是在雷达波形上调制通信数据使其兼具通信功能，信号存在瞬时发射功率大的特点。基于OFDM通信信号的一体化波形设计方法，其通信容量较大，然而OFDM信号包络起伏较大，其峰均比较高，不利于放大器进行放大。多功能波形一体化设计

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种可以同时实现雷达目标探测和信息通信，且发射信号具有包络恒定，可以有效提高载荷的利用率的雷达和通信一体化信号处理方法，以同时实现雷达目标探测和信息通信功能，提高设备的利用率，获得最好的电磁兼容效果。

为解决上述技术问题，本发明提供一种雷达和通信一体化信号处理方法，其特征在于包括如下步骤：基于直接扩频体制，根据雷达和通信系统的作用距离、通信速率、信号占用带宽要求，将雷达和通信一体化直接扩频的发射数据帧进行功能分段，并确定猝发发射的发射数据帧结构中各个功能的分段长度；根据所述发射数据帧结构确定雷达和通信共用信号波形发射信号的表达式和目标回波信号的表达式；用所述发射数据帧结构和发射信号的表达式生成共用信号波形发射信号，完成雷达和通信一体化信号发射；雷达通信一体化系统根据所述的发射数据帧结构、发射信号的表达式和目标回波信号的表达式，确定通信接收端接收雷达通信一体化系统发射信号的处理流程和雷达通信一体化系统发射端接收目标回波信号的处理流程，在接收信号对应的各个分段内，通信接收端按接收处理流程依次完成载波同步、码元同步、解平台标识和业务信息还原，获取发射平台传输的消息；雷达通信一体化系统发射端按确定的接收目标回波信号处理流程，依次完成载波同步、码元同步、解平台标识，测定出回波信号与本发射平台发射信号间的延迟，确定目标的距离，完成雷达目标探测。

本发明具有如下有益效果。

本发明利用基于直接扩频体制，根据雷达和通信系统的作用距离、通信速率、信号占用带宽要求，确定雷达和通信一体化发射帧结构中各个功能的分段长度；根据所述帧结构确定雷达和通信共用信号波形发射信号的表达式和目标回波信号的表达式，同时生成信息通信和雷达目标探测的发射信号，提高设备的利用率，提高系统的电磁兼容能力。采用这种共用信号波形的系统具有更为优良的低截获性,可改善雷达自身的性能，可以显著降低载荷的体积、重量、功耗，提升平台的效费比。

本发明根据帧结构和发射信号的表达式，生成共用信号波形发射信号，完成符合雷达和通信一体化发射帧结构的信号构建，并完成雷达和通信一体化信号发射；一体化发射信号的具有包络恒定的技术优势，可以有效提高载荷的利用率，提高系统的电磁兼容能力。

本发明根据所述的帧结构和发射信号的表达式，通信接收端依次完成载波同步、码元同步、解平台标识和业务信息还原，获取发射平台传输的消息，完成通信接收端处理流程；雷达通信一体化系统发射端通过依次完成载波同步、码元同步、解平台标识，测定出回波信号与本发射平台发射信号间的延迟，进而确定目标的距离，完成雷达目标探测。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明雷达和通信一体化信号处理流程图。

图2是本发明雷达和通信一体化发射帧结构的实施例示意图。

图3是本发明雷达和通信一体化发射帧结构另一实施例的示意图。

图4是雷达和通信一体化信号处理接收端的流程图。

图5是雷达和通信一体化载波同步的实施例原理图。

图6是雷达和通信一体化码元捕获的实施例示意图。

图7是雷达和通信一体化码元跟踪的实施例示意图。

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和要点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

具体实施方式

参阅图1。根据本发明，一种雷达和通信一体化信号处理方法，其特征在于包括如下步骤：基于直接扩频体制，根据雷达和通信系统的作用距离、通信速率、信号占用带宽要求，将雷达和通信一体化直接扩频的发射数据帧进行功能分段，并确定猝发发射的发射数据帧结构中各个功能的分段长度；根据所述发射数据帧结构确定雷达和通信共用信号波形发射信号的表达式和目标回波信号的表达式；用所述发射数据帧结构和发射信号的表达式生成共用信号波形发射信号，完成雷达和通信一体化信号发射；雷达通信一体化系统根据所述的发射数据帧结构、发射信号的表达式和目标回波信号的表达式，确定通信接收端接收雷达通信一体化系统发射信号的处理流程和雷达通信一体化系统发射端接收目标回波信号的处理流程，在接收信号对应的各个分段内，通信接收端按接收处理流程依次完成载波同步、码元同步、解平台标识和业务信息还原，获取发射平台传输的消息；雷达通信一体化系统发射端按确定的接收目标回波信号处理流程，依次完成载波同步、码元同步、解平台标识，测定出回波信号与本发射平台发射信号间的延迟，确定目标的距离，完成雷达目标探测。

具体步骤如下：

步骤S101，确定雷达和通信一体化发射帧结构。根据作用距离、通信速率、信号占用带宽要求，确定所述雷达和通信一体化发射帧结构，即确定发射帧结构中各个功能分段的长度。发射数据帧按照功能分段为，载波同步段、码元同步段、平台标识段、业务信息段和保护间隔段的扩频帧的功能段，并确定各段信号的数据数量、帧长和结构中所需的5段信号。

所述雷达和通信系统采用猝发方式发射一个完整的发射数据帧结构，一个完整的发射数据帧结构包含了时间长度为T_s的直接扩频数据帧和长度为T_g的保护间隔，并且一个完整的发射数据帧的发射时间为T₀＝T_s+T_g。

步骤S102，根据所述的发射数据帧结构，确定雷达和通信一体化发射信号的表达式和回波信号的表达式，在上变频之前，第p个发射帧所含的第n个比特直接扩频后的数据s_t(t-nT-pT₀)表示为所述发射信号的表达式：

式中，N_c表示直接扩频序列的长度，t表示时刻，T为每个比特的时间长度，n为发射比特的计数值，p表示发射帧的计数值，T₀表示每帧信号的时间长度，a(n,p)表示第p帧信号的第n个比特对应的基带调制数据，d(m,n,p)表示第p帧信号的第n个比特对应的基带调制数据a(n,p)的第m个直接扩频码。

步骤S103，雷达通信一体化系统根据所述的发射数据帧结构和发射信号表达式，发射雷达和通信一体化信号；根据所述的帧结构和发射信号的表达式生成发射信号，完成符合雷达和通信一体化发射帧结构要求的发射数据的生成，并完成雷达和通信一体化信号发射。

步骤S104，通信接收端根据所述的帧结构和发射信号的表达式，确定通信接收端雷达通信一体化系统发射信号的接收处理流程，通信接收端按接收处理流程依次完成载波同步、码元同步、解平台标识和业务信息还原，获取发射平台传输的消息；

步骤S105，雷达通信一体化系统的发射端根据所述的发射数据帧结构、发射信号表达式和目标回波信号表达式，确定雷达通信一体化系统的发射端目标回波信号的接收处理流程，雷达通信一体化系统的发射端按确定的接收处理流程，依次完成载波同步、码元同步、解平台标识，测定出回波信号与本发射平台发射信号间的延迟，进而确定目标的距离，完成雷达目标探测。

参阅图2。本实施例中，雷达通信一体化系统包含一个直接扩频数据帧长度为T_s完整的扩频帧1，每帧猝发之间保护间隔时间长度为T_g的保护段，如此重复，形成扩频帧2、保护段，扩频帧3、保护段的一体化发射数据帧结构。

参阅图3。在前述S101一种雷达和通信一体化信号处理方法的具体实施方式中，可选地，所述雷达和通信一体化发射数据帧结构包括：确定雷达和通信一体化发射帧结构。完整的发射数据帧包括扩频段和保护段，每个扩频段由载波同步段、码元同步段、平台标识段和业务信息段，载波同步段为32*128个比特，码元同步段为4*1024个比特，所占时间为0.8216ms；平台标识段为1*64个比特，所占时间为0.0064ms；业务信息段为720*128个比特，所占时间为9.243ms；保护段由保护间隔为10*128个比特构成，所占时间为0.1284ms。一个完整的发射帧所占时间T₀＝T_s+T_g＝10.2ms。以载波同步段为例，其长度表示为32*128个脉冲，其中，“32”表示载波同步段在基带帧结构中占32信息比特的长度，“128”表示扩频增益长度为128，依次类推解释其它功能段。

在前述S102一种雷达和通信一体化信号处理方法的具体实施方式中，可选地，所述雷达和通信一体化发射帧结构所定义发射信号及目标回波信号，包括：

发射信号：第p个发射帧所含的第n个比特直接扩频后的数据s_t(t-nT-pT₀)表示为所述发射信号的表达式：

式中，N_c表示直接扩频序列的长度，t表示时刻，T为每个比特的时间长度，n为发射比特的计数值，p表示发射帧的计数值，T₀表示每帧信号的时间长度，a(n,p)表示第p帧信号的第n个比特对应的基带调制数据，d(m,n,p)表示第p帧信号的第n个比特对应的基带调制数据a(n,p)的第m个直接扩频码。

目标回波信号：在第p个发射帧对应的N_t个目标回波信号中，第n个比特直接扩频后的接收目标回波s_r(n,p)的表达式为：

复指数函数exp(*)＝cos(*)+j×sin(*)

其中，N_t表示目标的回波数量，A_i表示第i个目标的回波复包络，f_c表示载波频率，t表示时刻，T为每个比特的时间长度，n为发射比特的计数值，p表示发射帧的计数值，T₀表示每帧信号的时间长度，a(n,p)表示第p帧信号的第n个比特对应的基带调制数据，d(m,n,p)表示第p帧信号的第n个比特对应的基带调制数据a(n,p)所对应的第m个直接扩频码，c表示信号的传播速度，j表示虚数符号，R_i表示第i个目标的距离，v_i表示第i个目标的相对运动速度，w_n(n,p)表示高斯白噪声。

在前述S104一种雷达和通信一体化信号处理方法的具体实施方式中，可选地，根据所述的帧结构、发射信号的表达式和回波信号的表达式，确定通信接收端雷达通信一体化系统发射信号的接收处理流程和确定雷达通信一体化系统发射端目标回波信号的接收处理流程S105。

参阅图4。雷达和通信一体化接收信号处理：雷达通信一体化系统接收到的一体化发射信号或目标回波信号，经过如图5所示的载波同步模块消除频率偏差，通过图6所示的码元捕获模块和如图7所示的码元跟踪模块完成码元同步，解平台标识模块依据码元跟踪触发信号，确定码元同步段的结束时刻和平台标识段的起始时刻，对平台标识段的接收数据进行解调、解扩和译码后，得到平台识别码；码元同步接收信号经解平台标识模块解平台标识后，分别送入收发延时测定模块和业务信息还原模块，收发延时测定模块输出目标距离，业务信息还原模块输出消息。

业务信息还原：业务信息还原模块识别通信接收端接收消息中的平台识别码，通信接收端对业务信息段对应的接收数据进行解调、解扩和译码，得到当前发射平台发射的消息，从而在解平台标识后还原业务信息。

收发时延测定：解平台标识后，若发射平台和本平台一致，则雷达通信一体化系统的发射端将码元跟踪触发信号与本平台发射雷达和通信一体化信号的起始时刻比对，提取时间间隔量，扣除帧结构的固定时延、系统处理时延后，得到雷达和通信一体化信号发射、目标散射、散射回波达到通信发射端的时延β，则目标距离通信发射端的距离为c×β/2，其中，c表示电磁波在空间的传播速度。码元同步：载波同步完成后，送入如图4所示的码元同步模块开始处理码元同步段的接收信号，捕获和跟踪接收信号中的同步信号，以精确判定码元同步段与平台标识段的边界，以精确标定接收机解调信息的起始时间。码元同步分如图6所示的码元捕获和如图7所示的码元跟踪两步完成。

载波同步：接收信号分别与两个在相位上正交的本振信号相乘，其输出的两路信号分别经过低通滤波后输入到鉴相器得到误差信号，误差信号输入到环路滤波器后产生误差电压控制数控振荡器产生本振信号，产生的本振信号继续与输入信号相乘，直到本振信号与输入信号的频率相同，环路达到稳定状态则系统进入锁定状态。

为了更明确地说明载波同步的处理过程，借助于数学推导，说明具体步骤：

接收机接收到的带有频差的t时刻输入信号u(t)＝m(t)sin(wt)与本地数控振荡器NCO产生的一路角频率为g余弦信号和一路相移90°角频率为g的正弦信号混频，输出两路正交混频信号n₁(t)和n₂(t)：

式中，m是输入信号u(t)包含的调制数据，w是输入信号u(t)的角频率。

两路正交混频信号n₁(t)和n₂(t)分别经低通滤波器滤除高频分量，得到信号n₁(t)和n₂(t)的低频分量的l₁(t)和l₂(t)：

l₁(t)和l₂(t)分别输入到鉴相器，经鉴相处理后得到相位差信号

并且m²(t)＝1，相位差信号

经过环路滤波器滤波后输入到数控振荡器NCO，产生角频率可控的本振信号。当w＝g，即接收信号与数控振荡器NCO输出正弦及余弦信号的频率同步时，误差信号e(t)＝0，此时，l₁(t)为载波同步后输出的基带信号

至此，完成了频率同步过程。

参阅图6。在雷达和通信一体化码元捕获中，接收信号的采样值依次存入接收信号寄存器中，接收信号寄存器中接收信号的采样值序列S_N、S_N-1、S_N-2……S₁与本地参考序列存储寄存器本地存储的已知参考同步序列C_N、C_N-1、C_N-2……C₁对应共轭相乘，相乘器的结果输入到加法器求和，并求取绝对值，当输出的绝对值达到设定在码元捕获中的门限时，码元同步模块即完成码元捕获，并输出码元捕获触发信号，随后转入码元跟踪。

参阅图7。码元跟踪模块将接收信号的采样值缓存到接收信号寄存器中，码元跟踪模块将本地参考序列分成三路，相对码元捕获触发信号的上升沿，码元跟踪模块将三路本地参考序列分别延时为-τ/4，0，τ/4，其中，τ表示一个直接扩频码片的时间长度；码元跟踪模块将三路延时本地参考序列存储存于本地参考序列寄存器中，分别与接收信号的采样值序列对应相乘，并对相乘结果相加，求绝对值，将延迟-τ/4支路的绝对值A减去延迟τ/4支路的绝对值B，得到差值(A-B)，并将差值(A-B)除以延迟为0支路的绝对值C，得到D＝(A-B)/C，然后，码元跟踪模块分别将三路本地参考序列的延时调整为D-τ/4，D，D+τ/4，再执行上述操作，直至D的绝对值小于门限，即完成码元跟踪，输出码元跟踪触发信号。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变、修改、甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种雷达和通信一体化信号处理方法，其特征在于包括如下步骤：基于直接扩频体制，根据雷达和通信系统的作用距离、通信速率、信号占用带宽要求，将雷达和通信一体化直接扩频的发射数据帧进行功能分段，并确定猝发发射的发射数据帧结构中各个功能的分段长度；根据所述发射数据帧结构确定雷达和通信共用信号波形发射信号的表达式和目标回波信号的表达式；用所述发射数据帧结构和发射信号的表达式生成共用信号波形发射信号，完成雷达和通信一体化信号发射；雷达通信一体化系统根据所述的发射数据帧结构、发射信号的表达式和目标回波信号的表达式，确定通信接收端接收雷达通信一体化系统发射信号的处理流程和雷达通信一体化系统发射端接收目标回波信号的处理流程，在接收信号对应的各个分段内，通信接收端按接收处理流程依次完成载波同步、码元同步、解平台标识和业务信息还原，获取发射平台传输的消息；雷达通信一体化系统发射端按确定的接收目标回波信号处理流程，依次完成载波同步、码元同步、解平台标识，测定出回波信号与本发射平台发射信号间的延迟，确定目标的距离，完成雷达目标探测；

发射数据帧按照功能分段为，载波同步段、码元同步段、平台标识段、业务信息段和保护间隔段的扩频帧的功能段，并确定各段信号的数据数量、帧长和结构中所需的5段信号；

在上变频之前，第p个发射帧所含的第n个比特直接扩频后的数据s_t(t-nT-pT₀)表示为所述发射信号的表达式：

式中，N_c表示直接扩频序列的长度，t表示时刻，T为每个比特的时间长度，n为发射比特的计数值，p表示发射帧的计数值，T₀表示每帧信号的时间长度，a(n,p)表示第p帧信号的第n个比特对应的基带调制数据，d(m,n,p)表示第p帧信号的第n个比特对应的基带调制数据a(n,p)的第m个直接扩频码。

2.如权利要求1所述的雷达和通信一体化信号处理方法，其特征在于：所述雷达和通信系统采用猝发方式发射一个完整的发射数据帧结构，一个完整的发射数据帧结构包含了时间长度为T_s的直接扩频数据帧和长度为T_g的保护间隔，并且一个完整的发射数据帧的发射时间表示每帧信号的时间长度T₀＝T_s+T_g。

3.如权利要求2所述的雷达和通信一体化信号处理方法，其特征在于：完整的发射数据帧包括扩频段和保护段，每个扩频段由载波同步段、码元同步段、平台标识段和业务信息段，载波同步段为32*128个比特，码元同步段为4*1024个比特，所占时间为0.8216ms；平台标识段为1*64个比特，所占时间为0.0064ms；业务信息段为720*128个比特，所占时间为9.243ms；保护段由保护间隔为10*128个比特构成，所占时间为0.1284ms；一个完整的发射帧所占时间T₀＝T_s+T_g＝10.2ms。以载波同步段为例，其长度表示为32*128个脉冲，其中，“32”表示载波同步段在基带帧结构中占32信息比特的长度，“128”表示扩频增益长度为128，依次类推解释其它功能段；其中，T_s表示直接扩频数据帧的时间长度，T_g表示保护间隔的时间长度。

4.如权利要求3所述的雷达和通信一体化信号处理方法，其特征在于：在第p个发射帧对应的N_t个目标回波信号中，第n个比特直接扩频后的接收目标回波s_r(n,p)的表达式为：

复指数函数exp(*)＝cos(*)+j×sin(*)

其中，N_c表示直接扩频序列的长度，N_t表示目标的回波数量，A_i表示第i个目标的回波复包络，f_c表示载波频率，t表示时刻，T为每个比特的时间长度，n为发射比特的计数值，p表示发射帧的计数值，T₀表示每帧信号的时间长度，a(n,p)表示第p帧信号的第n个比特对应的基带调制数据，d(m,n,p)表示第p帧信号的第n个比特对应的基带调制数据a(n,p)的第m个直接扩频码，c表示信号的传播速度，j表示虚数符号，R_i表示第i个目标的距离，v_i表示第i个目标的相对运动速度，w_n(n,p)表示高斯白噪声。

5.如权利要求4所述的雷达和通信一体化信号处理方法，其特征在于：雷达通信一体化系统的通信接收端接收到的一体化发射信号或目标回波信号，经过载波同步模块消除频率偏差，送入码元捕获模块和码元跟踪模块完成码元同步，码元同步后的接收信号经解平台标识模块解平台标识后，分别送入收发延时测定模块输出目标距离，业务信息还原模块还原输出消息。

6.如权利要求5所述的雷达和通信一体化信号处理方法，其特征在于：在雷达和通信一体化码元捕获中，接收信号的采样值依次存入接收信号寄存器中，接收信号寄存器中接收信号的采样值序列S_N、S_N-1、S_N-2……S₁与本地参考序列存储寄存器本地存储的已知参考同步序列C_N、C_N-1、C_N-2……C₁对应共轭相乘，相乘器的结果输入到加法器求和，并求取绝对值，当输出的绝对值达到设定在码元捕获中的门限时，码元同步模块即完成码元捕获，并输出码元捕获触发信号，随后转入码元跟踪。

7.如权利要求5所述的雷达和通信一体化信号处理方法，其特征在于：码元跟踪模块将接收信号的采样值缓存到接收信号寄存器中，码元跟踪模块将本地参考序列分成三路，相对码元捕获触发信号的上升沿，码元跟踪模块将三路本地参考序列分别延时为-τ/4，0，τ/4，其中，τ表示一个直接扩频码片的时间长度；码元跟踪模块将三路延时本地参考序列存储存于本地参考序列寄存器中，分别与接收信号的采样值序列对应相乘，并对相乘结果相加，求绝对值，将延迟-τ/4支路的绝对值A减去延迟τ/4支路的绝对值B，得到差值(A-B)，并将差值(A-B)除以延迟为0支路的绝对值C，得到D＝(A-B)/C，然后，码元跟踪模块分别将三路本地参考序列的延时调整为D-τ/4，D，D+τ/4，再执行上述操作，直至D的绝对值小于门限，即完成码元跟踪，输出码元跟踪触发信号。

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